Лекции по психогенетике

Подождите немного. Документ загружается.

характеризующие внутрипарное сходство МЗ близнецов, превышали оценки

внутрииндивидуальной стабильности КГР. Воспроизводимость параметров

КГР характеризуется коэффициентами корреляции от 0,5 до 0,6. Иначе

говоря, сходство КГР у МЗ близнецов оказалось даже выше, чем сходство

КГР у одного и того же человека при повторных регистрациях. У ДЗ

близнецов аналогичные коэффициенты были значительно ниже. Причем

наиболее значительные различия были получены для абсолютных

показателей, в этом случае сходство ДЗ близнецов было намного ниже, чем

МЗ. Подобная разница позволяет относить абсолютные значения параметров

КГР к категории признаков, которые Д. Ликкен назвал эмерджентными. Они

определяются не семейным сходством, а уникальными особенностями

сочетания генов конкретного генотипа.

При использовании относительных значений сходство МЗ близнецов

примерно в два раза превышало сходство ДЗ, что свидетельствует об

аддитивном действии генов. С точки зрения авторов, различия в характере

генетических влияний — эмерджентный для абсолютных - аддитивный для

относительных оценок амплитудных параметре КГР — обьясняются разной

природой данных показателей. При этом подразумевается, что абсолютная

амплитуда КГР определяется болшим числом факторов и отражает не только

реактивность ЦНС на внешнее воздействие, но и некоторые побочные

эффекты (например, она зависит от числа потовых желез в месте приложения

электрода и др.). При вычислении относительных величин посторонние

влияния исключаются, что и приводит к изменению соотношения

компонентов наследуемости.

Таким образом, индивидуальные параметры КГР (показатели времени

восстановления КГР после воздействия, скорость роста КГР до

максимального значения, амплитуда, латентный период и скорость

привыкания), относятся к числу генетически обусловленных характеристик.

4. Генетические исследования сердечно-сосудистой системы.

Показатели работы сердечно-сосудистой системы используются в

психофизиологии как источник информации об изменениях, происходящих в

организме в связи с различными психическими процессами и состояниями.

Индикаторы активности сердечно-сосудистой системы включают:

1. частоту сердечных сокращений (ЧСС); силу сокращений сердца, т.е.

силу, с которой сердце накачивает кровь;

2. минутный объем сердца — количество крови, проталкиваемое

сердцем в одну минуту; артериальное давление (АД);

3. региональный кровоток — показатели локального распределения

крови.

В целом ряде исследований, выполненных на близнецах, было

показано влияние генотипа на индивидуальные особенности ЧСС, а также

давления крови в состоянии покоя и при различных нагрузках.

По данным разных авторов, оценки наследуемости ЧСС и кровяного

давления варьируют в широких пределах: для показателей ЧСС от 0 до 70%,

для показателей давления от 13 до 82% (систолического) и от 0 до 64%

(диастолического), составляя в среднем 50%. Степень наследственной

обусловленности показателей кровяного давления, по-видимому, может

изменяться с возрастом: отмечается тенденция к снижению влияния

наследственных факторов на уровень диастолического давления у взрослых

при переходе от молодого к зрелому возрасту (от 68 к 38%), что происходит

за счет увеличения влияния несистематической среды. Вероятно, существуют

также половые различия в наследуемости показателей систолического и

диастолического давления, но однозначно определить характер этой

зависимости пока не представляется возможным.

Ввиду того, что показатели работы сердечно-сосудистой системы

существенно и закономерно изменяются в условиях деятельности, особый

интерес представляют исследования природы межиндивидуальной

дисперсии реактивных изменений ЧСС, давления и других показателей

такого рода, точнее их изменений, которые возникают в ходе выполнения

различных задач.

Одно из наиболее развернутых исследований в этом плане было

проведено Е.И. Соколовым с соавторами. У 24 пар МЗ близнецов и 19 пар ДЗ

они регистрировали показатели давления (систолического, диастолического

и общего), ЧСС, а также показатели кровенаполнения сосудов головного

мозга (реографический индекс). Перечисленные показатели

регистрировались в трех экспериментальных ситуациях: покое, при

психоэмоциональной нагрузке и через 10 мин после нее. Нагрузка —

интеллектуальная деятельность в условиях дефицита времени с действием

отвлекающего раздражителя (свет, звук).

В то же время отмечаются существенные различия в изменениях

показателей наследуемости систолического и диасто-лического давления в

зависимости от состояния организма. Для систолического давления Н в покое

составляет 0,47, при нагрузке — 0,81, после нагрузки — 0,79; для

диастолического — соответственно 0,73; 0,77; 0,53. Поскольку уровень

давления крови при нагрузке достоверно повышался, то можно считать, что

изменчивость всех компонентов, определяющих величину систолического

давления крови при эмоциональном напряжении, детерминируется

генетическими факторами. Наследуемость механизмов диастолического

давления не обнаруживает столь значительной связи с функциональным

состоянием организма, оставаясь высокой и в покое, и при нагрузке.

Наряду с этим в некоторых исследованиях не обнаружено столь

отчетливых различий наследуемости давления крови, характерного для покоя

и функциональной нагрузки. Примером служит исследование Д. Бумсма с

соавторами, в котором изучалась природа межиндивидуальной

вариативности уровня давления крови в зависимости от на ряженности

ситуации. Давление регистрировали у 160 пар близнецов в возрасте 14—21

года в покое и при выполнении задач, включающих регистрацию времени

реакции и вычисления в уме. Результаты получились неоднозначными.

Оценка наследуемости уровня систолического и диастолического давления у

жен-шин была выше при нагрузках, у мужчин же увеличение наследуемости

наблюдалось только для систолического давления. Более того,

диастолическое давление мужчин при нагрузках зависело от генотипа в

меньшей степени, чем в покое. В состоянии покоя в изменчивости

систолического давления у обоих полов и диастолического давления у

женщин наблюдалось влияние систематической среды, однако при

функциональных нагрузках это влияние снижалось. Многомерный

дисперсионный анализ данных позволил заключить, что и в покое, и при

функциональных нагрузках природа генетических и средовых влияний

остается неизменной.

В целом ряде работ было обнаружено большее сходство реактивных

изменений частоты сердечных сокращений в ответ на сенсорные стимулы и

при нагрузках в парах МЗ близнецов по сравнению с ДЗ. В связи с этим

широкое распространение получило мнение, что межиндивидуальная

вариативность показателей частоты сердечных сокращений (ЧСС) при

максимальной нагрузке зависит от наследственных факторов, тогда как

индивидуальные особенности ЧСС в покое зависят, как правило, от факторов

среды. Наряду с этим, однако, имеются и противоположные наблюдения.

Следует учитывать, что сама по себе динамика ЧСС при выполнении

заданий разного рода имеет неоднозначный характер. При предъявлении

задания и в ходе его выполнения возможно как ускорение, так и замедление

ЧСС. Для ориентировочной реакции характерно замедление сердечного

ритма. Оно обусловлено действием блуждающего нерва (парасимпатическая

система), а психологическим выражением соматических эффектов является

«обращенность» человека вовне. Для оборонительной реакции, наоборот,

характерно учащение ритма, обусловленное симпатической активацией. Оно

свидетельствует об установке испытуемого на избегание стимула.

По данным Б.И. Кочубея, стимул 80 дБ вызывал уменьшение ЧСС, а

при привыкании ориентировочной реакции наблюдалось относительное

учащение ритма. Звук 105 дБ, напротив, сопровождался увеличением ЧСС, а

при его повторении отмечалось относительное снижение ЧСС. Значительный

вклад генетических факторов наблюдался при увеличении ЧСС в ответ на

тон 105 дБ (оборонительная реакция — ОбР) и отсутствовал в изменениях

ЧСС в ответ на тон 80 дБ (ориентировочная реакция — Ор). Величина

привыкания, наоборот, была обусловлена генотипом только при тоне 80 дБ.

Таким образом, генетические влияния наблюдались в ситуациях, когда

ведущую роль играла симпатическая регуляция сердечного ритма (угашение

Ор и первая реакция при ОбР), тогда как в ситуациях, характеризующихся

преобладанием парасимпатических влияний, вариативность ЧСС

определялась преимущественно средовыми влияниями.

При изучении деятельности автономной нервной системы

используются показатели, отражающие взаимодействие и меру

согласованности в работе сердечно-сосудистой и дыхательной систем

организма. Одним из таких показателей является респираторная синусная

аритмия (РСА). Она отражает циклические изменения ЧСС,

сопровождающие дыхание. ЧСС обычно увеличивается при выдохе и

уменьшается при вдохе. Чем больше амплитуда изменения ЧСС, тем выше

РСА. Считается, что высокий уровень РСА свидетельствует о хорошем

контроле ЧСС со стороны парасимпатической нервной системы (вагусный

контроль). Выраженный вагусный контроль ЧСС и, следовательно, высокая

РСА рассматриваются как признак хорошей регуляции в деятельности

сердечно-сосудистой и автономной нервной систем.

Д. Бумсма с коллегами исследовали влияние средовых и

генотипических факторов на межиндивидуальную вариативность РСА в

покое и при выполнении задач двух типов — на время реакции и вычисления

в уме. Методом подбора моделей было установлено, что при выполнении

задач приблизительно 50% общей дисперсии объяснялось генетическими

факторами, тогда как в покое — около 25%. Описанию данных более всего

соответствовала генотип-средовая модель, включающая случайный средовой

и аддитивный генетический компоненты дисперсии. Влияния

систематической среды на дисперсию РСА обнаружено не было. Было также

установлено, что дисперсия РСА в покое и при выполнении задач имеет

общую генетическую основу, т.е. определяется действием одних

генетических факторов.

В работе эстонских исследователей на большой выборке близнецов

(153 пары) была установлена наследственная обусловленность деятельности

систем кровообращения и дыхания лишь в условиях больших физических

нагрузок. В состоянии покоя и при умеренных усилиях средовые влияния

преобладали над генотипическими.

Было также установлено значительное влияние факторов генотипа на

межиндивидуальную вариативность некоторых параметров кровообращения

и максимального потребления кислорода (МПК) при выполнении

спортивных движений. Исследования МПК оказываются наиболее

интересными. Этот показатель (от которого в решающей мере зависит

успешность в циклических видах спорта) одинаков в разных этнических

группах, не меняется в онтогенезе, мало тренируется и оказывается высоко

генетически детерминированным]. Если учесть, что спортсмены

международного класса имеют показатели МПК, значительно превышающие

их среднепопуляционную величину, то, по-видимому, индивидуальный

уровень МПК может служить информативным признаком при

прогнозировании спортивной успешности.

Так, можно сделать вывод о существовании разных точек зрения на

наследуемость показателей сердечно-сосудистой системы.

5. Уровни анализа генетической информации ЦНС: клеточный

(нейронный), морфофункциональный, системный.

При изучении строения и работы ЦНС как относительно

самостоятельные выделяются следующие уровни анализа: клеточный,

морфофункциональный и системный. Каждый уровень имеет собственные

объекты исследования и изучает присущие этим объектам закономерности

функционирования. Соответственно вопрос о роли генотипа в формировании

ЦНС также должен рассматриваться применительно к трем перечисленным

уровням. Первый связан с генетической детерминацией функций клеточных

элементов и нервной ткани, второй — морфологических и функциональных

особенностей отдельных образований, из которых состоит головной мозг,

третий — организации функциональных систем, лежащих в нейронном

уровне.

1. НЕЙРОННЫЙ УРОВЕНЬ

«Строительные блоки» нервной системы — нервные клетки (нейроны).

Главной особенностью нейронов является способность наружной мембраны

генерировать нервные импульсы и через особое образование — синапс —

передавать информацию от одного нейрона к другому. Импульс передается

через синапс с помощью особых биохимических веществ-посредников

(медиаторов). Синапсы и медиаторы могут быть как возбуждающие, так и

тормозные. Предположительно мозг человека содержит 10й нейронов,

причем по своей организации и функциональному назначению нервные

клетки обнаруживают чрезвычайное разнообразие. Нейроны химически,

морфологически и функционально специализированы.

Как и любая живая клетка, каждый нейрон в ЦНС реализует

генетически обусловленную программу жизнедеятельности, выполняя

предназначенные ему задачи: обработку приходящих возбуждений и

генерацию собственного ответа. Для выполнения данных задач он нуждается

в ресурсах, а для пополнения ресурсов (запасов нейроактив-Hbix веществ,

«расходующихся» в процессах жизнедеятельности) необходим определенный

уровень их синтеза. Принято считать, что все эти процессы находятся под

контролем генотипа.

По современным представлениям, функциональная специализация

нейронов складывается на молекулярно-генетическом уровне. Она

проявляется: во-первых, в формировании особых молекулярных образований

на поверхности нейрона (хеморецепторов), которые обладают избирательной

чувствительностью к действующим на нейрон медиаторам и другим

биологически активным веществам; во-вторых, в особенностях секреторного

аппарата нейрона, который обеспечивает синтез медиаторов и

соответствующих ферментов. Биохимическая специализация возникает в

результате взаимодействия генетической программы нейрона и той

информации, которая поступает из его внешнего окружения.

Однако подобные представления в значительной степени априорны,

потому что конкретные генетические механизмы, контролирующие

жизнедятельность нейронов и нервной системы в целом, еще далеко не

изучены. По некоторым данным, в мозге экспрессируется не менее 2500

генов, но так или иначе охарактеризованы около 5% от этого числа.

Каждый нейрон, имея, как и любая другая клетка, ядерный аппарат,

несет в себе полную генетическую информацию о морфофункциональных

особенностях организма, но в нейронах, как и в других клетках организма,

активируется лишь часть генетической информации. Однако число

экспрессируемых в нейронах генов резко превышает число генов,

экспрессируемых в клетках других тканей организма. Мощность работы

генетической информации в нейронах доказывается методом ДНК-РНК-

гибридизации и путем прямого анализа синтезируемых белков.

Метод ДНК-РНК-гибридизации позволяет оценить число участков

ДНК, с которых в клетках данной ткани считывается генетическая

информация. Для этой цели из клеток выделяется полный набор молекул

информационной рНК, которые списаны с функционирующих участков

ДНК, т.е. со всего набо-Ра экспрессированных генов. В смеси с полным

набором ДНК из данных клеток выделенные молекулы информационной

РНК вступают в комплементарные сочетания (гибридизируются) с

гомологичными им участками ДНК. Определяя объем набора участков ДНК,

вступающих в гибридизацию, можно судить об активности генома.

Показано, что молекулы информационной РНК, выделенные из клеток

соматических тканей (печень, почки), вступают в гибридизацию с

относительно небольшим объемом ДНК (около 4—6%). Это свидетельствует

о том, что сравнительно небольшая специализированная группа генов

обеспечивает специфические особенности соматических тканей. В то же

время для тканей мозга аналогичное чисд0 намного выше. По разным

данным, оно колеблется в довольно широких пределах, в среднем составляя

около 30%, т.е. в несколько раз больше, чем в любом другом органе. Более

того, в нервных тканях разных отделов мозга, по-видимому, экспрессируется

различное число генов. Есть основания полагать, что наибольший объем

экспрессируемых генов характерен для филогенетически молодых отделов

мозга, в первую очередь для областей коры, связанных с обеспечением

специфически человеческих функций. Так, установлено, что в клетках

ассоциативных зон коры больших полушарий экспрессируется

приблизительно 35,6% уникальных последовательностей ДНК, а в клетках

проекционных зон — 30,8%. Не исключено, что именно различия в объеме

экспрессируемой генетической информации лежат в основе функциональной

специализации разных отделов мозга.

Одной из наиболее поразительных особенностей нервной системы

является высокая точность связей нервных клеток друг с другом и с

различными периферическими органами. Создается впечатление, что каждый

нейрон «знает» предназначенное для него место. В процессе формирования

нервной системы отростки нейронов растут по направлению к своему органу

— «мишени», игнорируя одни клетки, выбирая другие и образуя контакты

(синапсы) не в любом участке нейрона, а, как правило, в его определенной

области. Особенно загадочной выглядит картина того, как аксонам (главным

отросткам нейрона, через которые распространяются возникшие в нейроне

импульсы) приходится протягиваться на значительные расстояния, изменять

направление своего роста, образовывать ответвления прежде, чем они

достигнут клетки-«мишени».

В основе столь высокой точности образования связей лежит принцип

химического сродства, в соответствии с которым большинство нейронов или

их малых популяций прибретают химические различия на ранних этапах

развития в зависимости от занимаемого положения. Эта

дифференцированность выражается в наличии своеобразных химических

меток, которые и позволяют аксонам «узнавать» либо аналогичную, либо

комплементарную метку на поверхности клетки-«мишени». Предполагается

также, что в этом процессе важную роль играют топографические

взаимоотношения нейронов и временная последовательность созревания

клеток и их связей.

Согласно современным представлениям, значительную роль в

процессах развития нервной ткани играет временной режим экспресси генов,

тесно связанный в своих механизмах с процессами межтканевых и

межклеточных взаимодействий. Считается, что именно точны сроки

экспрессии специфических генов детерминируют формирование

специфического соотношения определенных медиаторных или

гормональных продуктов в конкретные периоды развития. Жесткая

временная последовательность экспрессии генов лежит и в основе

формирования морфологических особенностей мозга — структур и связей

между ними.

Методом ДНК-РНК-гибридизации было показано, что в онтогенезе по

мере формирования нейрона возрастает объем активированной генетической

информации. Данные, полученные путем гибридизации общей ДНК с

молекулами информационной РНК, показали, что по мере роста усиливается

активность, сложность генных эффектов в нейронах. У эмбриона человека в

возрасте 22 недель в нейронах активны около 8% генов, а в нейронах

взрослых — 25% и более.

Еще одной важной особенностью ранних этапов развития ЦНС

является генетически обусловленная избыточность в образовании количества

нейронов, их отростков и межнейронных контактов. Говоря другими

словами, нейронов в ходе эмбриогенеза мозга возникает значительно больше,

чем это характерно для взрослого индивида. Более того, формирующиеся

нейроны образуют заведомо большее, чем требуется, количество отростков и

синапсов. По мере созревания ЦНС эта избыточность постепенно

устраняется: нейроны, оказавшиеся ненужными, их отростки и

межклеточные контакты элиминируются. Гибель (выборочная элиминация)

лишних нейронов, так называемый апоптоз, служит устранению избыточных

отростков и синапсов и выступает как один из способов «уточнения» плана

формирования нервной системы. Кроме того, гибель нейронов ограничивает

и тем самым контролирует рост числа клеток. Она необходима для

установления соответствия количества клеток в популяциях нейронов,